Антифрикционный порошковый материал на основе меди и способ его получения

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов. Способ получения антифрикционного порошкового материала включает подготовку исходной шихты, содержащей 14-16 мас.% композитного порошка ферроалюминида, состоящего из железной сердцевины (66 мас.%) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас.%) дисперсностью 60-70 мкм, 9-11 мас.% порошка свинца ≤40 мкм и меди - остальное, прокатку шихты при давлении 400-500 МПа, спекание при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждение в той же атмосфере вместе с печью. Изобретение обеспечивает повышение прочностных свойств и стойкость к контактному разрушению антифрикционного порошкового материала. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов.

В современных условиях, эксплуатационная надежность техники и оборудования является их важнейшим показателем качества. Наиболее подвержены износу и разрушению агрегаты, работающие в тяжелых условиях трения и контактных нагрузок. В этой связи разработка новых антифрикционных материалов, обладающих повышенными прочностью и износостойкостью, является актуальной задачей сегодняшнего материаловедения.

Известен порошковый антифрикционный композиционный материал на основе меди (патент РФ №2223341, МПК С22С 9/02 (2000.1), С22С 1/05 (2000.1), опуб. 10.02.2004 г.), содержащий олово, графит и твердые включения, отличающийся тем, что в качестве твердых включений он содержит молибденоборосиликатное стекло при следующем соотношении компонентов, мас. %: графит 1-3, олово 6-10, молибденоборосиликатное стекло 3-10, остальное медь.

Недостатками данного материала являются:

1. Сложность гомогенизации порошковой смеси принципиально разных по морфологии, плотности и природе порошков;

2. Весьма низкая пластичность спеченного антифрикционного материала.

Также известен порошковый антифрикционный материал на основе меди (патент РФ №2026397, МПК С22С 9/08 (1995.01), С22С 1/05 (1995.01), опуб., 09.01.1995), содержащий свинец и цинк, отличающийся тем, что он дополнительно содержит дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры с удельной поверхностью не менее 10000 м2/кг при следующем соотношении компонентов, мас. %: дисперсное силикатное вещество разупорядоченной кристаллической структуры 0,5-3,5, свинец 2,0-12,0, цинк 2,0-17,0, медь - остальное. Недостатками данного материала являются:

1. Низкое сопротивление деформации спеченного антифрикционного материала;

2. Недостаточная твердость.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому решению является антифрикционный порошковый материал основе меди (патент РФ №2396144, МПК B22F 1/00, С22С 1/05, F16C 33/12, С22С 9/02 (2006.1), опуб. 10.08.2010 - прототип), полученный из шихты, содержащей порошок олова, порошок свинца, порошок меди и графит, при следующем соотношении компонентов, мас. %: порошок олова 9,5-10, порошок свинца 0,5-1,0, графит 0,3-0,5, порошок меди - остальное.

Недостатками данного материала являются:

1. Низкая твердость и прочностные свойства антифрикционного материала, поскольку твердость и прочность обеспечивается соединением меди и олова, максимальная твердость которого 70-80 НВ.

2. Использование большого количества дорогостоящего материала - олова.

Указанный антифрикционный порошковый материал на основе меди получают путем термической обработки, включающей прессование и спекание исходной шихты при последовательном увеличении температуры от 20 до 600°С с выдержкой 1,5 часа и дальнейшим увеличением температуры до (660±5)°С с выдержкой 1,5 часа и последующее охлаждение на воздухе путем обдува в потоке диссоциированного аммиака, с последующей калибровкой при удельном давлении, равном давлению прессования, и повторное спекание путем последовательного увеличения температуры от 20 до (680±5)°С с выдержкой 1,5 часа и охлаждение на воздухе (патент РФ №2396144, МПК B22F 1/00, С22С 1/05, F16C 33/12, С22С 9/02 (2006.1), опуб. 10.08.2010 - прототип). Недостатками данного способа являются:

3. Многоступенчатость процесса получения;

4. Сложность термической обработки.

Предлагаемый способ предназначен для получения антифрикционного порошкового материала на основе меди.

Техническим результатом данного изобретения является получение антифрикционного порошкового материала на основе меди, обладающего повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению с использованием легкодоступных и сравнительно недорогих исходных материалов и упрощение способа его получения.

1. Указанный технический результат достигается тем, что предлагаемый антифрикционный порошковый материал на основе меди, содержащий свинец, согласно изобретению, дополнительно содержит композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 масс. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 масс. %) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца -<40 мкм и порошок меди, при следующем соотношении компонентов, мас. %: композитный порошок ферроалюминида - 14-16, порошок свинца 9-11 и остальное - медный порошок.

2. Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, включающем подготовку исходной шихты, обработку давлением, спекание и охлаждение, согласно изобретению исходную шихту, содержащую композитный порошок ферроалюминида, состоящего из железной сердцевины (66 масс. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 масс. %) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца -≤40 мкм и меди, при следующем соотношении компонентов, мас. %: композитный порошок ферроалюминида - 14-16, свинца - 9-11 и меди - остальное, подвергают прокатке при давлении 400-500 Мпа и спекают при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждают в той же атмосфере вместе с печью.

Указанные признаки, характеризующие состав антифрикционного материала: состав исходной шихты, дисперсность и массовые соотношения входящих компонентов, являются необходимыми для достижения указанного технического результата, т.е. для получения антифрикционного порошкового материала, обладающего повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению с использованием рядовых исходных материалов.

Сущность данных признаков заключается в следующем:

- композиционный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 мас. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас. %) дисперсностью 60-70 мкм, при описанной выше обработке давлением распадается на железный порошок (~50 мкм) и порошок ферроалюминида (Fe2Al5), который, в процессе обработки давлением, разрушается до ультрадисперсного состояния (≤1 мкм) и обеспечивает упрочнение матрицы (повышение твердости). Железный же порошок в процессе обработки давлением деформируется и образует упрочняющие волокна. Использование композитного порошка с другим соотношением железной сердцевины и интерметаллидной оболочки приводит либо к малой твердости получаемого материала, либо к ослаблению его стойкости к контактному разрушению. Количество композитного порошка менее 14% не обеспечивает заданной твердости, прочности и стойкости к контактному разрушению, а выше 16% приводит к снижению плотности антифрикционного материала;

- порошок свинца дисперсностью ≤40 мкм обеспечивает повышенные антифрикционные свойства получаемого материала и стабильность размеров после спекания. Использование порошков свинца с дисперсностью выше 40 мкм ведет к снижению прочностных свойств получаемого антифрикционного материала. Содержание свинцового порошка менее 9 мас. % приводит к недостаточному смазывающему эффекту (повышению коэффициента трения), а - выше 11 мас. % к снижению прочностных свойств.

Указанные признаки, характеризующие способ получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, характеризующие вид и усилие механической обработки путем прокатки исходной шихты, а также условия спекания скомпактированного материала являются необходимыми для достижения указанного технического результата, т.е. для осуществления наиболее простого способа получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, обладающего повышенными прочностными свойствами, износостойкостью и стойкостью к контактному разрушению с использованием рядовых исходных материалов.

Сущность заявляемого способа заключается в следующем:

- обработка исходной порошковой смеси прокаткой с давлением 400-500 Мпа обеспечивает формование антифрикционного материала с относительной плотностью 0,97-0,99, заданное разрушение композиционного порошка, измельчение интерметаллического порошка до ультрадисперсного состояния и создание волокнистой структуры антифрикционного материала, необходимой для повышения его прочностных свойств и стойкости к контактному разрушению;

- прокатка при давлении ниже 400 МПа не обеспечивает заданной плотности получаемого материала, необходимого измельчения интерметаллидных частиц композита и недостаточно деформирует железные частицы для создания волокнистой структуры. Прокатка с давлением выше 500 Мпа не дает положительного эффекта при формовании, а ведет к неоправданным энергетическим затратам и повышенному износу оборудования;

- нагрев до температуры 720-750°С в атмосфере водорода обеспечивает очистку металлических дисперсоидов от оксидов и качественное спекание порошков. Нагрев ниже 720°С не гарантирует полного спекания, а - выше 750°С нецелесообразен.

Пример конкретного осуществления.

Экспериментальную проверку предлагаемых антифрикционного порошкового материала и способа его получения проводили в лабораторных условиях в Институте металлургии УрО РАН по следующей технологии:

Композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 масс. %) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 масс. %) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца -≤40 мкм и порошок меди, при следующем их соотношении, мас. %: композиционный порошок - 14-16, порошок свинца - 9-11, остальное медный порошок смешивали в виброаэрационном смесителе в течение 3 мин, затем полученную шихту помещали в бункер подачи лабораторного прокатного стана МЛС - 82 ИМЕТ УрО РАН и прокатывали с давлением 400-500 МПа. Полученную таким образом полосу помещали в камерную электрическую печь с атмосферой водорода и нагревали со скоростью 5 град/мин до температуры 720-750°С, затем проводили изотермическую выдержку при этой температуре в течение 15-30 мин и охлаждали в той же атмосфере вместе с печью. Результаты эксперимента приведены в таблице.

При экспериментальной проверке использовали композитный порошок, полученный в плакираторе способом, описанным в патенте РФ №2629416 (смесь порошков железа и алюминия подвергали термомеханической обработке), порошок свинцовый ПС - 1 и медный порошок ПМС - 1.

1. Антифрикционный порошковый материал на основе меди, содержащий свинец, отличающийся тем, что дополнительно содержит композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 мас.%) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас.%) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца ≤40 мкм и меди при следующем их соотношении, мас.%:

композитный порошок ферроалюминида 14-16
порошок свинца 9-11
порошок меди остальное

2. Способ получения антифрикционного порошкового материала на основе меди, включающий подготовку исходной шихты, обработку давлением, спекание и охлаждение, отличающийся тем, что исходную шихту, содержащую композитный порошок ферроалюминида, состоящий из железной сердцевины (66 мас.%) и ферроалюминидной (Fe2Al5) оболочки (34 мас.%) дисперсностью 60-70 мкм, порошок свинца ≤40 мкм и меди при следующем соотношении компонентов, мас.%: композитный порошок ферроалюминида - 14-16, свинца - 9-11 и меди - остальное, подвергают прокатке при давлении 400-500 МПа, спекают при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждают в той же атмосфере вместе с печью.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области цветной металлургии и касается составов сплавов на основе меди, используемых в машиностроении. Сплав на основе меди содержит, мас.%: алюминий 0,5-1,0; свинец 2,5-3,5; никель 0,3-0,5; цирконий 0,1-0,2; медь - остальное.

Изобретение относится к области получения мощных ионных пучков, а именно к катодам, которые могут быть использованы в установках для ионной имплантации металлов и сплавов, работающих в непрерывном и импульсном режимах.

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления мелкогабаритных и среднегабаритных литых изделий на основе свинцовистых бронз.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к порошковым композиционным материалам на основе меди. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным сплавам на основе меди. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным материалам на основе меди. .
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным антифрикционным материалам на основе меди. .

Изобретение относится к металлургии цветных металлов и сплавов, содержащих в основе медь с различным содержанием легирующих и примесных элементов, и может быть использовано в атомной и термоядерной энергетике, а также в электротехнической, электровакуумной и криогенной отраслях промышленности.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к спеченным материалам на основе меди, в частности контактных вставок токоприемников троллейбусов.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к производству антифрикционных изделий для узлов трения различных механизмов. .
Изобретение относится к способу изготовления детали часов или ювелирных изделий из композиционного материала. Способ изготовления детали из композиционного материала, содержащей пористую керамическую часть и металлический материал, заполняющий поры керамической части, включает обеспечение пористой керамической преформы детали, обеспечение металлического материала, нагревание металлического материала до температуры выше температуры плавления металлического материала, заполнение пор керамической преформы расплавленным металлическим материалом, охлаждение металлического материала и керамической преформы для получения затвердевшего в порах керамической преформы металлического материала и финишную обработку для получения детали из композиционного материала, при этом пористая керамическая преформа состоит из материала, выбранного из группы, состоящей из Si3N4, SiO2 и их смесей, а металлический материал выбирают из группы, состоящей из металлического золота, платины, палладия и сплавов этих металлов.

Изобретение относится к композиционным материалам с матрицей из алюминиевого сплава. Композитный материал на основе алюминиевого сплава содержит матрицу из алюминиевого сплава, содержащего, мас.%: Si 0,50-1,30, Fe 0,2-0,60, Cu 0,15 максимум, Mn 0,5-0,90, Mg 0,6-1,0, Cr 0,20 максимум, остальное - алюминий и неизбежные примеси, и частицы присадочного материала, диспергированные в матрице, причем присадочный материал содержит керамический материал.

Группа изобретений относится к получению содержащего нитрид хрома порошка для термического напыления покрытий в виде спекшихся агломератов. Способ включает следующие стадии: a) приготовление порошковой смеси (А), содержащей порошок (В), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей хром (Cr), CrN и Cr2N, и порошок (С), содержащий по меньшей мере один компонент, выбранный из группы, включающей никель, кобальт, никелевый сплав, кобальтовый сплав и железный сплав, b) спекание порошковой смеси (А) при парциальном давлении азота выше 1 бар с получением спекшихся агломератов, при этом обеспечивают неизменное содержание химически связанного азота или увеличение содержания химически связанного азота по сравнению с порошковой смесью (А).
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу из алюминиевого сплава и упрочняющие частицы карбида титана.
Группа изобретений относится к композитам с алюминиевой матрицей и упрочняющими наночастицами карбида титана. Композит содержит упрочняющие наночастицы карбида титана округлой формы размером 5-500 нм в количестве 1-50 об.
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к спеченным конструкционным композиционным материалам на основе алюминия, используемым в различных областях промышленности, в частности в транспортных и космических сферах.

Изобретение относится к износостойким сплавам для высоконагруженных узлов трения. Сплав включает связующую матрицу эвтектического состава в количестве от 24,8 до 26,8 мас.% от массы сплава и карбонитрид титана TiC0,5N0,5.

Изобретение относится к получению композиционного материала Al2O3 - А1. Способ включает гранулирование алюминиевого порошка, состоящего из частиц пластинчатой формы со стеариновым покрытием, прессование заготовки из гранулированного порошка и ее спекание.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к спеченным материалам на основе меди, которые могут быть использованы для изготовления деталей машин, работающих в условиях трения.
Группа изобретений относится к получению композиционного материала, содержащего металлическую матрицу и упрочняющие наночастицы. Способ включает подготовку смеси исходных материалов и ее механическое легирование.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к инварным сплавам и составам, характеризующимся значением коэффициента линейного теплового расширения (КЛТР), не превышающим 2×10-6 К-1 в рабочем диапазоне температур, и может быть использовано в приборостроении, радиоэлектронике, авиационной и ракетно-космической, лазерной и криогенной технике.

Изобретения относятся к области порошковой металлургии, в частности к получению антифрикционных материалов из металлических порошков, и могут быть использованы для изготовления узлов трения высоконагруженных деталей различных механизмов. Способ получения антифрикционного порошкового материала включает подготовку исходной шихты, содержащей 14-16 мас. композитного порошка ферроалюминида, состоящего из железной сердцевины и ферроалюминидной оболочки дисперсностью 60-70 мкм, 9-11 мас. порошка свинца ≤40 мкм и меди - остальное, прокатку шихты при давлении 400-500 МПа, спекание при температуре 720-750°С в атмосфере водорода в течение 15-30 мин и охлаждение в той же атмосфере вместе с печью. Изобретение обеспечивает повышение прочностных свойств и стойкость к контактному разрушению антифрикционного порошкового материала. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

Наверх